蓝宝石材料在光电子领域的应用研究

云光技术　第４４卷第２期　

蓝宝石晶体材料的光电应用及发展趋势　

吴绍华　，李常成　，夏丽昆　，符世纪　，子光平　，侯明　，陈骥　

（１．云南北方驰宏光电有限公司，云南昆明６５０２１７；　

２．总装备部重庆军代局驻昆明地区军代室，云南昆明６５０２２３）　

摘要：蓝宝石晶体作为一种优良的透波材料，在紫外、可见光、红外波段、微波　

都具有良好的透过率，因而常被用作红外军事装置和高强度激光器的窗口材料。　

概述了蓝宝石晶体在光电方面的应用及一些最新研究成果，并指出了蓝宝石晶体　

材料未来发展的趋势。　

关键词：蓝宝石晶体；光电应用；发展趋势　

１　引言　

蓝宝石（Ｓａｐｐｈｉｒｅ）晶体材料是一种氧　

化铝（　一Ａ１２Ｏ３）单晶，俗称刚玉，是世界　

上硬度仅次于金刚石的晶体材料。因其具　

有优异的光学性能、机械性能、电学性能　

和化学稳定性，特别是具有中波红外透过　

率高的特性，从０．１９０４５．５　ｇｍ波段具有很　

高的光学透过率Ｌ１　Ｊ，同时可在接近２０００℃　

高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应　

用于红外军事装置、卫星空间技术、空间　

飞行器、高强度激光的窗口材料，微波电　

子管介质材料，超声波传导元件，延迟线，　

波导激光器腔体及精密仪器轴承，天平刀　

口等光学元件。蓝宝石单晶及其制品可以　

广泛应用于国防工业、航天尖端科技研究　

及民用领域，在军民两用中的地位举足轻　重［　。　

２蓝宝石晶体材料的光电应用　

２．１光学窗口和整流罩　

蓝宝石单晶因其卓越的综合性能成为　

理想的中红外窗口材料，在军用光电设备　

中得到了广泛的应用　，　。用蓝宝石单晶做　

成的红外光学窗口和整流罩，己广泛用于　机载、星载、舰载以及潜基、陆基光电设备，　

尤其在高马赫数导弹整流罩、透明装甲、潜　

艇窗口以及高功率强激光等军用设备中的　

地位和作用不可替代【６Ｊ。如：美国海军战区　

防御系统截击导弹、斯普林特防御拦截弹　

（ＨＥＤＩ）、美国第五代近距空对空导弹　

（ＡＭ一９Ｘ）、以色列新一代近战空对空导弹　

蓝宝石晶体材料

蓝宝石是一种稀有的宝石，它的成分是铝氧化物，具有优美的蓝色，因此得名。蓝宝石晶体材料具有许多独特的物理和化学性质，被广泛应用于光学、电子、通信等领域。本文将就蓝宝石晶体材料的特性、制备工艺以及应用进行介绍。

首先，蓝宝石晶体材料具有优异的光学性能。它具有高透过率和折射率，可以用于制造激光器、光学窗口、光学棱镜等光学元件。同时，蓝宝石晶体还具有较高的硬度和耐磨性，能够在恶劣的环境下保持稳定的光学性能。

其次，蓝宝石晶体材料在电子领域也有重要应用。它具有良好的绝缘性能和热导率，可以用于制造高功率电子器件的绝缘基板、散热片等部件。此外，蓝宝石晶体还具有较低的介电常数和损耗，适用于微波电子器件的制造。

蓝宝石晶体材料的制备工艺通常采用熔融法、水热法、气相沉积法等。其中，熔融法是最常见的制备方法，通过将铝氧化物与适量的添加剂在高温下熔融，然后缓慢冷却结晶而成。水热法则是将铝盐和氢氧化物在高温高压的水溶液中反应生成蓝宝石晶体。气相沉积法则是利用气相中的化学反应生成蓝宝石晶体。

蓝宝石晶体材料的应用领域非常广泛。在激光器领域，蓝宝石晶体被用作激光谐振腔的窗口材料，可以产生稳定的激光输出。在光通信领域，蓝宝石晶体被用作光纤连接器的窗口，具有优异的耐磨性和光学透过性。在电子器件领域，蓝宝石晶体被用作高功率电子器件的绝缘基板和散热片，可以提高器件的稳定性和可靠性。

总之，蓝宝石晶体材料具有优异的光学和电子性能，制备工艺成熟，应用领域广泛。随着科学技术的不断发展，相信蓝宝石晶体材料将会在更多的领域得到应用，并发挥重要作用。

人造蓝宝石晶体——电子器材基础材料

Ｈ．Ｍ．布列茨坎

俄罗斯联邦工程学院院士，蓝宝石研究协会科学研究中心主席

摘要

蓝宝石单晶体具有机械、光学以及热学特性方面的有趣综合特性，具有零孔隙度。正是因为具有这些特性，蓝宝石产品在技术中得到了广泛应用。其最大的需求是作为光学和

电子仪器制造原料。蓝宝石晶片可以作为用于喷镀硅晶板（ＫＨＣ结构）的基底，在此基础上制造辐射稳定的、快速反应的集成电路（ＭＣ）。蓝宝石晶片同样也可作为氮化镓晶片及其固熔体的基底，以此为基础形成彩虹的各种颜色的光谱二极管，在同一下亮度条件下其电

能消耗比白炽灯低１０—１５倍。

由上面所引述的单晶体蓝宝石的应用领域可以确定，蓝宝石单晶体可以满足如下要

求：１．基础物质氧化铝（北０３）的纯度极高和完全的晶体的结构。

２．几何尺寸较大。

３．生产成本低。基于下列原则，在本文列出了全新的工艺流程的原理：

１．在同一生产工艺装置条件下可以获得形状不同、尺寸及颜色不一的蓝宝石晶体。

２．晶体生长的过程是在补给特殊结构的ａ．Ａ１２０３颗粒的融熔体的条件下进行（见图１

和图２）。３．通过控制生长晶体和补给熔体颗粒的连续分异方法对晶体生长的过程进行控制。

４．晶形由专门成型器具控制或按晶体生长结晶学规律通过拉丝模生成。

５．晶体生长是在真空或充满惰性气体的有两个加热区的双室装置中进行。

】３１人造蓝宝石晶体——电子器材基础材料

Ｈ．Ｍ．布列茨坎

俄罗斯联邦工程学院院士，蓝宝石研究协会科学研究中心主席

１．蓝宝石晶体的应用领域

晶体物质是由Ａ１２０３分子或者是由Ａ１２０３分子和其他金属分子组成的，比如，Ｃｒ２０３，Ｆｅ２０３，Ａ１２０３分子所占比例仅为百分之几，因而保证形成相应的白色、红色、蓝色晶体。‘

这些晶体物质的名称经常是不同的。通常情况下从矿石中提取的天然晶体是蓝色或者是红色的。他们相应地被称为蓝宝石或者红宝石，不含其他金属氧化物的晶体是无色的，

所以这种晶体叫做莱卡蓝宝石（莱卡在希腊语中的意思是白色）。在技术文献中这些晶体

蓝宝石材料

=CN98226909.9

=人造蓝宝石表面内拱度磨削机床

=张元胜

=张元胜

=1998.05.28

=518034广东省深圳市商报路天健工业区8栋4楼悦目光学公司

=本实用新型涉及石料或类似材料的磨削设备，尤

其是进行曲面磨削的设备。它由电机和传动件带动砂轮沿着与

主轴同轴的圆桶内侧既作往返直线运动又作转动；同时，圆桶

内粘贴被磨削物(如人造蓝宝石表面)，使砂轮在运动时对其内

拱面产生磨削。该设备对砂轮的弧度不需作严格限定，其加工

精度不受砂轮弧度的限制，而由测量精度决定，可达到

0.05mm；亦无需频繁更换砂轮，还可实现一次多片加工。

=CN89105430.8

=人造蓝宝石气体放电器件的封装端

=卢义生

=卢义生;俞鹤庆

=1989.05.09

=江苏省南京市五所村310-2-710室

=本发明提出的是一种气体放电器件采用人造蓝

宝石管、塞、环的封装结构——人造蓝宝石气体放电

器件的封装端。管、塞、环系采用同一晶向(C轴)生

长的人造蓝宝石材料，它可有效地提高放电器件的寿

命和性能。实现人造蓝宝石气体放电器件的研究进

入广泛应用的实用阶段。它可用于各系列的高压金

属蒸气放电灯和普通高压钠灯和高显色性高压钠灯

以及钾铷激光光泵等。

=CN200510003405.1

=蓝宝石基无掩膜横向外延生长高质量的Ⅲ族氮化物薄膜

=深圳大学;

=彭冬生;冯玉春;牛憨笨;王文欣

=2005.12.29

=518060广东省深圳市南山区南海大道2336号

=一种蓝宝石衬底上无掩膜横向外延生长高质量的III族氮化物薄膜的新技术，该技术采用化学腐蚀的方法腐蚀蓝宝石衬底，以形成一定图案的蓝宝石衬底1，提供横向外延基底，缓冲层2为低温GaN薄膜，3为横向外延生长的高温GaN薄膜。缓冲层2首先在没有腐蚀坑位置的蓝宝石衬底1处外延生长，形成一定的籽晶，在籽晶处外延生长的同时，改变外延生长工艺条件，使其横向外延，以使两翼在腐蚀坑处翼合，形成高质量、低位错密度的GaN薄膜3，这样就可以在GaN薄膜3上沉积高质量的III族氮化物薄膜4。这种横向外延技术不仅可以降低位错密度，而且克服了传统横向外延技术工艺复杂和晶向倾斜高的缺点。